Quyền năng của CRISPR trong tương lai?

Với nỗ lực phát triển một phương pháp chỉnh sửa bộ gen, hai nhà khoa học nữ Emmanuelle Charpentier và Jennifer A. Doudna chính thức trở thành chủ nhân của giải Nobel Hóa học năm 2020. Ảnh: nobelprize.org

TS Doudna và TS Emmanuelle Charpentier, Viện Max Planck ở Đức, hai nhà hóa sinh bắt đầu hợp tác vào năm 2011 và chỉ một năm sau đó đã xuất bản một bài báo đột phá về CRISPR, công trình đã tạo ra một cuộc cách mạng về khả năng chỉnh sửa gene và đem lại cho họ giải Nobel 2020.

CRISPR là viết tắt của clustered regularly interspaced short palindromic repeats, là các trình tự DNA palindromic (từ DNA đọc xuôi ngược đều giống như nhau) ngắn được lặp lại tập trung thành cụm. Nó là một hệ thống miễn dịch tự nhiên của vi khuẩn. Khi virus tấn công, vi khuẩn sẽ lấy các đoạn dữ liệu di truyền từ virus, sau đó kết hợp các đoạn này vào DNA của chính chúng. Điều này giúp vi khuẩn nhận ra virus, giúp ngăn chặn những kẻ xâm lược nhỏ bé này. Vi khuẩn làm điều này bằng cách tạo ra một phân tử RNA hoạt động như một chất dẫn đường cho protein Cas (CRISPR-associated), phân tử này sau đó sẽ cắt bộ gene của virus.

Doudna và Charpentier nhận ra rằng họ có thể khai thác khả năng cắt này để chỉnh sửa gene cho mọi sinh vật sống. Trong bài báo năm 2012, họ đã mô tả hệ thống này của vi khuẩn có thể được sử dụng như “chiếc kéo DNA” và từ đó, công nghệ chỉnh sửa gene CRISPR ra đời.

Được công bố là một trong những khám phá quan trọng nhất của thế kỷ 21, CRISPR nhanh hơn, rẻ hơn và chính xác hơn so với các hệ thống chỉnh sửa gene trước đây. Nó dần trở nên phổ biến trong các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới. Các nhà khoa học đang sử dụng công nghệ này cho nỗ lực để điều trị các bệnh di truyền nghiêm trọng, phục hồi thị lực ở những người mắc một loại mù di truyền, thiết kế các loại cây trồng có khả năng chống chịu tốt hơn với bệnh tật và biến đổi khí hậu, đồng thời loại bỏ các loài gây bệnh như muỗi và chuột. Và trên hết, các nhà khoa học đang nghiên cứu các phiên bản mới hơn, cải tiến hơn và thậm chí còn chính xác hơn của CRISPR.

Quyền năng chỉnh sửa gene cũng mở ra nhiều cách khiến CRISPR có thể bị lạm dụng. Vào năm 2018, nhà khoa học Trung Quốc He Jiankui đã bị lên án trên khắp thế giới, sau khi ông tiết lộ rằng đã sử dụng CRISPR để tạo ra những đứa trẻ được chỉnh sửa gene đầu tiên trên thế giới. He Jiankui vẫn đang thụ án, nhưng điều này đã làm dấy lên lo ngại rằng CRISPR có thể dẫn đến “những đứa trẻ được thiết kế”- được cải tiến về mặt di truyền.

Một tuần sau khi công bố giải Nobel, Doudna đã nhận lời trả lời phỏng vấn của Future Human nói chuyện về tương lai của CRISPR, lĩnh vực chỉnh sửa gene cũng như dự định khoa học tới đây của riêng cô.

Future Human: Đầu tiên, xin chúc mừng chị. Đây thật sự là một vinh dự lớn. Chị có cảm thấy ngạc nhiên khi biết mình đã đoạt giải Nobel?

Jennifer Doudna: Ôi, tôi hoàn toàn sốc! Vừa thức giấc và nhận được tin lớn như thế - tôi thật sự không thể nào tin được. Tôi nói với phóng viên, “Tôi không thể nói chuyện với bạn ngay bây giờ. Tôi phải gọi cho ai đó và tìm hiểu xem điều này có phải là thật hay không ”.

Chúng ta đang chứng kiến ​​một số thử nghiệm lâm sàng cho các phương pháp điều trị dựa trên CRISPR đang được tiến hành hiện nay. Chị có thể cho biết CRISPR có triển vọng đối với những bệnh nào trong tương lai gần?

Chắc chắn là các bệnh do gene đơn hoặc đột biến gene gây ra. Một ví dụ tuyệt vời, và chúng tôi đã thu được kết quả ban đầu từ một thử nghiệm, là bệnh hồng cầu hình liềm. Nhưng tôi nghĩ trong tương lai, chúng ta sẽ thấy cơ hội sử dụng CRISPR cho các loại rối loạn máu khác, các bệnh di truyền về mắt, và sau đó, có thể về lâu dài, là xơ nang cũng như loạn dưỡng cơ, cũng là những bệnh di truyền.

Chị nghĩ điều gì sẽ là trở ngại lớn nhất để đưa những phương pháp điều trị này đến với bệnh nhân?

Nó có thể là vấn đề phân phối. Một trong những lý do tại sao rối loạn máu là một trong những mục tiêu ban đầu của CRISPR, là việc chỉnh sửa bộ gene có thể được thực hiện ở các tế bào được lấy ra từ bệnh nhân. Việc chỉnh sửa được thực hiện trong phòng thí nghiệm trước khi chuyển chúng vào lại cơ thể. Việc này dễ dàng hơn so với bệnh xơ nang hoặc chứng loạn dưỡng cơ, nơi việc chỉnh sửa thực sự cần được thực hiện bên trong cơ thể, ở tại các tế bào phù hợp, để mang lại lợi ích lâm sàng. Đó là một thách thức khó khăn bây giờ.

Công ty Mammoth Biosciences của chị đang thực hiện một thử nghiệm nhanh dựa trên CRISPR cho Covid-19. Theo chị, xét nghiệm chẩn đoán dựa vào CRISPR sẽ đóng vai trò như thế nào trong tương lai?

Có một số nỗ lực đang được tiến hành để phát triển chẩn đoán CRISPR trong các công ty và các phòng thí nghiệm. Tôi nghĩ rằng chúng ta sẽ thấy mọi thứ, từ các xét nghiệm trong phòng thí nghiệm thông lượng cao yêu cầu thiết bị robot và chuyên gia, đến các xét nghiệm tại điểm chăm sóc có thể thực hiện trong phòng thí nghiệm nghiên cứu, phòng khám với bác sĩ hoặc phòng cấp cứu. Cuối cùng, chúng tôi hy vọng sẽ có một xét nghiệm tại nhà có hiệu quả như que thử thai đối với Covid. Điều thú vị với công nghệ CRISPR là, nó có khả năng là một phương pháp nhanh hơn và trực tiếp hơn để phát hiện sự ra virus. Nó cũng dựa vào một chuỗi cung ứng khác với những gì cần thiết cho thử nghiệm PCR (phản ứng chuỗi polymerase).

Được biết là chị cũng đang nghiên cứu về xét nghiệm Covid. Tình hình thử nghiệm Covid-19 của công ty như thế nào, thưa chị?

Mammoth Biosciences đang có kế hoạch triển khai thử nghiệm của mình cho một số phòng thí nghiệm đối tác để thử nghiệm ban đầu (beta) vào tháng 11. Tùy thuộc vào cách các thí nghiệm đó diễn ra và kết quả đó ra sao, chúng tôi sẽ mở rộng sang các phòng thí nghiệm khác sau đó. Chúng tôi muốn xem nó như thế nào so với xét nghiệm PCR.

Gần đây, chị vừa thành lập một công ty CRISPR khác, là Scribe Therapeutics. Trọng tâm của công ty khởi nghiệp mới này là gì?

Có rất nhiều cách khác nhau để CRISPR có thể được triển khai. Đối với các ứng dụng lâm sàng, lý do mà chúng ta đang thấy rất nhiều nỗ lực tập trung vào các rối loạn máu như bệnh hồng cầu hình liềm và ở một mức độ nào đó, các bệnh về mắt hoặc thậm chí là gan là vì những mô đó dễ dàng đưa các phân tử chỉnh sửa gene vào. Với Scribe Therapeutics, chúng tôi đang tìm kiếm cơ hội sử dụng CRISPR cho các bệnh thoái hóa thần kinh. Đối với những rối loạn đó, công nghệ rõ ràng cần phải rất mạnh mẽ và phải rất an toàn. Nó phải xâm nhập vào các tế bào não và mô thần kinh, nơi nó có thể có tác động. Chúng tôi muốn đảm bảo rằng các công cụ chỉnh sửa là tốt nhất có thể và sau đó tìm ra cách tốt nhất để đưa chúng vào não bộ. Đó thực sự là trọng tâm của công ty.

Trong hình: Reengineering Life là một loạt phim nói về những cách mà công nghệ di truyền đang thay đổi nhân loại và thế giới kinh ngạc như thế nào. Nguồn ảnh: picture alliance/Getty Images.
 

Báo cáo mà chị đã đề cập cũng kêu gọi “đối thoại xã hội sâu rộng” trước khi các quốc gia quyết định cho phép sử dụng chỉnh sửa bộ gene người. Trước đây chị đã từng nói về việc cần tương tác với công chúng về kỹ thuật chỉnh sửa gene CRISPR. Nhưng làm thế nào chúng ta đảm bảo rằng tiếng nói của công chúng về CRISPR được lắng nghe?

Đó là một câu hỏi thực sự quan trọng. Đó là một thách thức. Bởi vì một mặt, tôi nghĩ rằng điều quan trọng là phải có sự tham gia của công chúng nhiều hơn vào các quyết định về cách sử dụng công nghệ. Mặt khác, điều đó đòi hỏi mức độ hiểu biết về công nghệ mà người bình thường có thể không có hoặc có thể không muốn có. Vì vậy, tôi nghĩ điều quan trọng là phải có các diễn đàn khác nhau để khuyến khích thảo luận. Chúng tôi đã thấy điều này với CRISPR theo một số cách khác nhau. Có những cuộc họp mang tính kỹ thuật cao bao gồm thảo luận về các vấn đề đạo đức và xã hội từ quan điểm kỹ thuật khá chi tiết. Nhưng cũng ngày càng có nhiều hội nghị và sự kiện không đi sâu vào vấn đề khoa học, mà họ dành nhiều nỗ lực hơn để suy nghĩ về các hàm ý của CRISPR và các ứng dụng khác nhau của nó.

Ngoài y học, chị nghĩ CRISPR có thể ảnh hưởng ở lĩnh vực nào?

Nông nghiệp là một lĩnh vực khác sẽ chịu ảnh hưởng. Chúng ta đã thấy rất nhiều trường hợp sử dụng CRISPR trong việc tạo ra những cây trồng biến đổi gene, có thể cho phép những đặc điểm như năng suất cây trồng tốt hơn, chống lại hạn hán, mức giá trị dinh dưỡng cao hơn, hoặc những thứ tương tự. Tôi nghĩ điều đó thực sự thú vị, và rõ ràng là còn nhiều việc phải làm ở đó. Đó có thể là lĩnh vực mà chúng ta sẽ thấy tác động rộng lớn và mạnh hơn trong thời gian tới.

Với khả năng bị lạm dụng, chị nghĩ nên có những quy định quản lý CRISPR như thế nào?

May mắn thay, tôi nghĩ rằng có một khuôn khổ quy định khá tốt ở Hoa Kỳ và ở hầu hết những nơi có hoạt động nghiên cứu lớn, có thể phục vụ cho quản lý việc sử dụng CRISPR. Điều đó khiến chúng ta thực sự nhớ lại những năm 1970 [tại Hội nghị Asilomar về DNA tái tổ hợp], khi các hướng dẫn tự nguyện được đưa ra để sử dụng một số công cụ ban đầu của sinh học phân tử, như dòng hóa (molecular cloning). Điều đó như chúng ta đã thảo luận, có một số ứng dụng nhất định của CRISPR như trong phôi thai người, thứ mà tôi nghĩ cần phải được quan tâm đặc biệt.

Các nhà khoa học nghiên cứu về CRISPR mà chị thực sự ngưỡng mộ là ai?

Nhiều chứ. Lĩnh vực này đã từng rất nhỏ, và bây giờ nó đã phát triển rộng lớn. Trong đó, một người tôi ngưỡng mộ là Luciano Marraffini. Ông ấy là một nhà khoa học tại Đại học Rockefeller, nghiên cứu về các nguyên tắc cơ bản của sinh học CRISPR và hiểu cách nó hoạt động như một hệ thống miễn dịch trong vi khuẩn. Jill Banfield tại Berkeley đang tiếp tục nghiên cứu vi khuẩn không nuôi cấy trong phòng thí nghiệm và đang phát triển trong các môi trường khác nhau. Chị ấy là một trong những người phát hiện ra hệ thống CRISPR và vi khuẩn rất sớm. Và chị ấy tiếp tục tìm ra rất nhiều hệ thống mới nữa. 

Về sinh học thực vật, tôi thực sự thích công trình nghiên cứu của Pamela Ronald tại Đại học California, Davis. Chị ấy chủ yếu làm việc trong lĩnh vực lúa gạo, nơi họ đang sử dụng CRISPR để sửa đổi bộ gene của cây lúa mà tôi nghĩ, sẽ thực sự quan trọng khi nông dân trồng lúa đối mặt với những thách thức của biến đổi khí hậu. Về y sinh, tôi thật sự hứng thú với công trình của Charles Gersbach tại đại học Duke.

Hướng đi tiếp theo của chị là gì?

CRISPR sẽ khiến chúng ta bận rộn trong một thời gian nữa. Vẫn còn rất nhiều câu hỏi cơ bản về cách nó diễn ra mà tôi thực sự muốn cố gắng trả lời. Jill Banfield là cộng tác viên thân thiết của chúng tôi và chị ấy đang tiếp tục cho chúng tôi thấy rất nhiều con đường CRISPR mới. Chúng tôi cũng thực sự quan tâm đến việc chỉnh sửa bộ gene trong các nhóm các vi sinh vật tự nhiên. Tôi nghĩ đó là những lĩnh vực mà tôi sẽ tập trung nỗ lực trong thời gian tới.θ

Huỳnh Đức Phát

(Viện Tế bào gốc, trường ĐH KHTN TP HCM) dịch

Nguồn: https://futurehuman.medium.com/fresh-off-her-nobel-prize-win-jennifer-doudna-predicts-whats-next-for-crispr-1fea0225c41d